渗透压辅助的反渗透法及其使用方法与流程

本申请要求2016年2月2日提交的标题为“osmoticpressureassistedreverseosmosis(osaro)process”的美国临时申请号62/388,563和2016年5月24日提交的标题为“osmoticpressureassistedreverseosmosis(osaro)processandmethodofusingthesame”的美国临时申请号62/392,203的优先权，所述申请中的每一个出于所有目的以引用的方式整体并入本文。

本公开涉及使用渗透压辅助的反渗透法对海水、半咸水、废水、工业用水、采出水和/或污染水进行的纯化、净化或脱盐。本公开还涉及使用渗透压辅助的反渗透法形成浓缩的原料溶液并产生纯净水作为副产物。

背景技术

某些膜允许溶剂分子穿过它们而不允许溶质分子穿过它们。此类膜被称为半透性的。半透膜可用于脱盐和水纯化技术。

正渗透在本领域中是已知的并且由于未来淡水短缺的可能性以及对成本有效的脱盐和水纯化技术的需求的对应增加而成为最近研究的主题。海水、半咸水或其他污染水可通过将水(溶剂)提取通过滤除盐和其他污染物(溶质)的半透膜来纯化。在正渗透法中，使用比进料具有更高渗透压的提取溶液来将水提取通过半透膜。正渗透法不纯化水。正渗透仅将水从一组溶质移动到另一组溶质。

反渗透法也已应用于水纯化技术。具体地，反渗透已用于通过从水中除去盐来使海水、半咸水或其他污染水脱盐以制备可饮用的或其他工业上可用的水。在正渗透中，溶剂从稀溶液通过半透膜流到更浓的溶液。通过向更浓的溶液施用等于渗透压的压力，可停止渗透过程。通过施用甚至更大的压力，可使渗透过程逆转。在这种情况下，溶剂从浓溶液(诸如海水)通过半透膜流到更稀的溶液。反渗透的液体静压力要求可使反渗透在能量上是昂贵的。另外，用于超过传统ro的浓缩溶质的零液体排放(zld)系统中所涉及的蒸发和结晶过程也是成本较高的。因此，能够降低反渗透系统和其他水纯化系统的能量成本或增加其效率的系统、方法和技术是所希望的。

附图说明

参考附图，仅通过举例的方式描述本申请的实施方案，在附图中：

图1是根据本公开的示例性实施方案的单级渗透压辅助的反渗透(osaro)系统的图；

图2是根据本公开的示例性实施方案的多级osaro系统的图；

图3a至图3e是根据本公开的示例性实施方案将osaro系统与反渗透(ro)、正渗透(fo)、压力延迟渗透(pro)以及压力辅助的fo(pafo)系统进行比较的一系列图；

图4是根据本公开的示例性实施方案的使用单级渗透压辅助的反渗透(osaro)系统的相对于施用低压的进料溶液的浓度变化的图形显示；

图5是根据本公开的示例性实施方案的使用单级渗透压辅助的反渗透(osaro)系统的相对于施用高压的进料溶液的浓度变化的图形显示；

图6是根据本公开的示例性实施方案的fo-ro-osaro系统的图；

图7是根据本公开的示例性实施方案的osaro-ro系统的图；

图8是根据本公开的示例性实施方案的fo-ro-osaro系统的图；

图9是根据本公开的示例性实施方案的另一种替代性fo-ro-osaro系统的图。

图10a是其中通过高压泵将3.2重量％的海水进料递送到膜的ro系统的图；

图10b是根据本公开的示例性实施方案的在图10a中所描绘但是在高压泵前添加有osaro级的相同ro系统的图；

图11是根据本公开的示例性实施方案的由于使用通过两个osaro级稀释的稀海水进料而具有降低的操作压力的ro-osaro系统的图；

应理解，各个方面不限于附图中所示的布置和手段。

具体实施方式

将了解，为了说明的简单和清楚起见，在适当的情况下，附图标记已在不同的图中重复以指示对应的或类似的元件。另外，阐述了许多具体细节，以便提供对本文所述的实施方案的彻底理解。然而，本领域的普通技术人员将理解，可在没有这些具体细节的情况下实践本文所述的实施方案。在其他情况下，没有详细描述方法、程序和部件以便不混淆有关的正在描述的相关特征。另外，描述不应被视为会限制本文所述的实施方案的范围。附图不一定按比例绘制，并且已经夸大某些部分的比例以更好地示出本公开的细节和特征。

现将呈现在本公开全篇中适用的若干定义。术语“osaro”是指渗透辅助的反渗透，并且还可被称为正渗透预处理反渗透(fo-pro)或正渗透渗透恢复膜(fo-orm)。术语“联接”定义为直接地连接或通过介入部件间接地连接，并且不一定限于物理连接。术语“流体地联接”被定义为直接地或通过介入部件间接地连接，并且所述连接不一定限于物理连接，而是适于在如此描述的部件之间转移溶液、分散液、混合物或其他流体的连接。连接可使得对象被永久地连接或可逆地连接。术语“包含”、“包括”和“具有”在本公开中可互换地使用。术语“包含”、“包括”和“具有”意味包括但不一定限于这样描述的事物。

如本文所用，术语“纯化(purify)”、“纯化的(purified)”或“纯化(purification)”以其各种形式是指产生至少具有递增的纯度增加和/或递增的溶质浓度或污染物浓度降低的水的一种或多种方法。由此，术语“纯化(purify)”、“纯化的(purified)”或“纯化(purification)”不一定是指产生具有特定纯度或特定溶质浓度的水，相反，所述术语用于是指产生由目前公开的方法和技术引起的至少具有递增的纯度增加和/或递增的溶质浓度或污染物浓度降低的水。

如本文所用，包括其在术语“进料流”中的使用的术语“流”以其各种形式是指可流到或接收在本公开的设备或系统的一部分或部件中的溶液，并且不限于在连续流动下引入到设备或系统或其一部分中的溶液，但是相反，还可包括接收在设备或系统中一段时间的溶液，诸如可在一系列分批法中采用的溶液。

根据本公开的至少一个方面，提供一种设备。所述设备可包括第一进料溶液源和第二进料溶液源。所述设备还可包括半透膜，所述半透膜包括被配置来从第一进料溶液源接收第一进料溶液流的第一侧以及被配置来从第二进料溶液源接收第二进料溶液流的第二侧。第一进料溶液流可具有第一溶质浓度和第一渗透压，而第二进料溶液流可具有第二溶质浓度和第二渗透压。第一渗透压大于或等于第二渗透压。第一进料溶液源被配置来向半透膜的第一侧提供液体静压力，以便通过溶剂以渗透物溶液的形式经由半透膜从第一进料溶液流穿到第二进料溶液流来产生浓缩的第一进料溶液流和稀释的第二进料溶液流。

根据本公开的至少一个方面，提供一种用于浓缩在包含溶剂和溶质的溶液中的溶质的方法。所述方法包括提供具有第一侧和第二侧的半透膜。所述方法还包括在半透膜的第一侧上引入第一进料溶液流以及在半透膜的第二侧上引入第二进料溶液流。第一进料溶液流可具有第一溶质浓度和第一渗透压，而第二进料溶液流可具有第二溶质浓度和第二渗透压。第一渗透压大于或等于第二渗透压。所述方法还包括在半透膜的第一侧上施加液体静压力，使得溶剂以渗透物溶液的形式从半透膜的第一侧穿到半透膜的第二侧，从而产生浓缩的第一进料溶液流和稀释的第二进料溶液流。

图1示出根据本公开的示例性实施方案的设备100。如图1所描绘，设备100包括单个osaro模块150，其用于使用半透膜115浓缩第一进料溶液141，同时稀释第二进料溶液142。osaro模块包括第一腔室131和与第一腔室131相对的第二腔室132。半透膜115放置在第一腔室131与第二腔室132之间的界面处。半透膜115具有与第一腔室131流体连通的第一侧121和与第二腔室132流体连通的第二侧122。

在操作期间，osaro模块150被配置来接收具有溶质浓度c1和渗透压π(c1)的第一进料溶液流141。第一进料溶液流141被引入到第一腔室131和半透膜115的第一侧121，同时经受液压压力p1。在至少一些情况下，第一进料溶液流141经由入口端口诸如图1所示的入口端口181进入第一腔室131。

osaro模块150还被配置来将第二进料溶液流142接收到第二腔室132中并接收在半透膜115的第二侧122上。第二进料溶液流142具有溶质浓度c2和渗透压π(c2)，所述渗透压π(c2)小于或等于进料在半透膜115的相反第一侧121上的第一进料溶液流141的渗透压π(c1)。第二进料溶液流142在小于第一进料溶液流141的液压压力p1的液压压力p2下进料到第二腔室132中并进料在半透膜115的第二侧122上。在一些情况下，第一进料溶液流141的溶质浓度c1大于第二进料溶液流142的溶质浓度c2。在其他情况下，溶质浓度c1和c2可以是相同的。在至少一些情况下，第二进料溶液流142经由入口端口诸如图1所示的入口端口182进入第二腔室132。

由于液压压力和渗透压的平衡，溶剂以渗透物112的形式经由半透膜115从第一腔室131穿到第二腔室132，从而浓缩第一进料溶液流141(c1出>c1进)以形成浓缩的第一进料溶液流171，同时稀释第二进料溶液流142(c2_进>c2_出)以形成稀释的第二进料溶液流172。根据目前公开的技术，反渗透(ro)法部分地由第二进料溶液流142提供的渗透压驱动，从而引起在能量上更有效率的渗透压辅助的反渗透(osaro)法。

根据本公开的至少一个方面，osaro模块150的第一腔室131可与第一进料溶液源161流体地联接，所述第一进料溶液源161被配置来使第一进料溶液流141流动到第一腔室131并且在半透膜115的第一侧121上流动。第一进料溶液源161可以是高压泵，如图1所描绘，或者在至少一些情况下可以是另一个osaro模块的第一腔室或第二腔室。在至少一些情况下，第一进料溶液源161可以是反渗透部件或正渗透部件。

类似地，在至少一些情况下，osaro模块150的第二腔室132可与第二进料溶液源162流体地联接，所述第二进料溶液源162被配置来使第二进料溶液流142流动到第二腔室132并且在半透膜115的第二侧122上流动。第二进料溶液源162可以是高压泵，如图1所描绘，或者在至少一些情况下可以是另一个osaro模块的第一腔室或第二腔室、反渗透部件或正渗透部件。

根据本公开的至少一个方面，第二进料溶液流142的渗透压可大于渗透物112的渗透压。在至少一些情况下，第一进料溶液源161和第二进料溶液源162可被配置来生成第一进料溶液流141与第二进料溶液流142的液体静压力之间的压差，所述压差足以使溶剂以渗透物112的形式从半透膜115的第一侧121穿到半透膜115的第二侧122。在一些情况下，第一进料溶液源161和第二进料溶液源162可被配置来根据第二进料溶液流142的渗透压改变压差。

根据本公开的至少一个方面，浓缩的第一进料溶液流171可在出口端口诸如图1所描绘的出口端口191处离开osaro模块150的第一腔室131。类似地，稀释的第二进料溶液流172可在出口端口诸如图1所描绘的出口端口192处离开osaro模块150的第二腔室132。虽然图1所描绘的osaro模块150被描绘为对于每个腔室仅具有单个入口端口和出口端口，但是具有多个入口端口和/或出口端口的第一腔室或第二腔室在本公开的精神和范围内。

根据本公开的至少一个方面，浓缩的第一进料溶液流171和/或稀释的第二进料溶液流172可进料到另一个osaro模块或进料到反渗透部件或正渗透部件。在至少一些情况下，第一进料溶液源161可被配置来将浓缩的第一进料溶液流171或其一部分再循环到半透膜115的第一侧121。在一些情况下，第二进料溶液源162可被配置来将浓缩的第一进料溶液流171的至少一部分提供到半透膜115的第二侧122。

根据本公开的至少一个方面，第一进料溶液流141可以是污染溶液。在一些情况下，污染溶液可分为至少两个部分，其中一部分形成第一进料溶液流141并且另一部分形成第二进料溶液流142。在此类情况下，第一进料溶液源161和第二进料溶液源162各自被配置来分别将相同污染溶液的部分提供到半透膜115的第一侧121和第二侧122。

第一进料溶液流141和第二进料溶液流142可具有相同或不同的化学组成，并且可处于相同的温度或不同的温度下。第一进料溶液流和第二进料溶液流可包括许多不同的溶液组分，一些溶液组分可促成渗透压，而其他溶液组分不可。生成渗透压的任何溶液可用于目前公开的设备、系统和方法中。

在至少一些情况下，第一进料溶液流或第二进料溶液流的溶剂可以是水、无机盐、极性有机溶剂(诸如甲醇或乙醇)、或任何其他合适的溶剂。在某些情况下，可使用具有无机盐溶质的进料溶液流，所述无机盐溶质例如像氯化钠(nacl)、氯化钾(kcl)、氯化镁(mgcl2)、碳酸镁(mgco3)、硫酸镁(mgso4)、氯化钙(cacl2)、硫酸钙(caso4)、碳酸钙(caco3)、乙酸钾(kac)或醋酸钙镁(camgac)。在其他情况下，可使用具有无机盐溶质的进料溶液流，所述无机盐溶质包含离子物质，例如像过渡金属、镧系元素和锕系元素。在又其他情况下，可使用具有无机盐溶质的进料溶液流，所述无机盐溶质包含物质，例如像氰化物、硝酸盐、亚硝酸盐、硫酸盐、亚硫酸盐、磺酸盐、氢氧化物、磷酸盐、亚磷酸盐、卤化物、乙酸盐、砷化物、胺、羧酸盐以及硝基类。在某些情况下，当水是溶剂时，可使用具有良好水溶性的有机化合物溶质，例如像醇、二噁烷、丙酮、四氢呋喃(thf)、二甲基甲酰胺(dmf)以及二甲基亚砜(dmso)。在某些情况下，可使用具有水溶性的有机化合物溶质作为进料溶液流中的溶质，所述有机化合物诸如芳族化合物(诸如甲苯和苯)、直链烷烃或烯烃(诸如己烷或辛烷)、氯化溶剂(诸如二氯甲烷(ch2cl2))、有机磺酸盐以及有机酸。在一些情况下，可使用聚合物溶质，诸如但不限于糖、环氧乙烷(eo)、环氧丙烷(po)、聚乙二醇(peg)、聚(丙烯酸)、聚(乙烯醇)聚(环氧乙烷)、聚(乙烯酸)、聚(苯乙烯磺酸酯)、基于聚(丙烯酰胺)的聚电解质、聚(二烯丙基二甲基氯化铵)、聚(烯丙胺盐酸盐)、聚(乙烯基吡咯烷酮)、聚(n-异丙基丙烯酰胺)、聚(丙烯酸烷基酯)、聚烷基丙烯酸、聚(2-噁唑啉)和聚乙烯亚胺及其共聚物或嵌段共聚物或其任何组合。

第一进料溶液流的液压压力p1可在50至5,000psi、可替代地100至3,000psi、可替代地200至1,500psi、或可替代地250至1,000psi的范围内的任何预定压力下施用。第二进料溶液流的液压压力p2可在0至500psi、可替代地2至200psi、可替代地5至100psi、可替代地10至50psi、或可替代地14至30psi的范围内的任何预定压力下施用。

osaro模块中使用的进料溶液流的渗透压π(c)与所使用的半透膜的类型有关。在osaro模块中实施的半透膜可以是任何类型的膜，例如像微滤、超滤、纳滤、正渗透或反渗透膜，其可由三乙酸纤维素(cta)、聚苯并咪唑(pbi)、薄膜复合材料(tfc)膜或本领域技术人员将使用的任何其他化学品制成。半透膜可具有任何合适的几何构型，例如像平板或多个堆叠或分层板、或多个中空纳米管或纳米纤维。此外，半透膜可在任何合适的配置(诸如终端、错流、并流、逆流或径向)中操作。

图2示出根据本公开的示例性实施方案的设备200。如图2所描绘，设备200包括用于连续的分离步骤或阶段的一系列彼此流体地联接的多个osaro模块250-253，其中初始第一进料溶液流241可递增地浓缩至高浓度。每个osaro模块250-253包括第一腔室231-234、第二腔室236-239和设置在第一腔室231-234与第二腔室236-239之间的界面处的半透膜215-218。每个半透膜215-218具有与第一腔室231-234流体连通的第一侧221-224和与第二腔室236-239流体连通的第二侧226-229。

在操作期间，第一osaro模块250被配置来接收初始第一进料溶液流241。初始第一进料溶液流241被引入到第一模块250的第一腔室231以及半透膜215的第一侧221，同时经受液压压力。如图2所描绘，初始第一进料溶液流241经由入口端口281从第一进料溶液源261进入第一腔室231。第一模块250还被配置来从第二进料溶液源262将第二进料溶液流246接收到第二腔室236中并接收在半透膜215的第二侧226上。第一进料溶液源261和第二进料溶液源262可以是高压泵或者可以是反渗透部件或正渗透部件。

仅通过举例的方式，图2描绘初始第一进料溶液流241的溶质浓度初始地是65g/lnacl，与第二进料溶液流246的溶质浓度匹配。只要第二进料溶液流246的渗透压小于或等于初始第一进料溶液流241的渗透压并且第二进料溶液流246的溶质浓度足以通过减小产生渗透物所需的要求的液体静压力来辅助反渗透法，进料溶液流的溶液浓度就可以是任何值。在至少一些情况下，如图2所描绘，溶质浓度大约等于第一进料溶液流的溶质浓度的第二进料溶液流的使用是有利的，因为第二进料溶液流提供通过其有利于反渗透法的显著渗透压。

在操作期间，通过初始第一进料溶液流241在半透膜215的第一侧221上施用液压压力，使得溶剂从半透膜215的第一侧221穿到半透膜215的第二侧226，从而在第一模块250的第一腔室中产生浓缩的第一进料溶液流242并在第二腔室236中产生稀释的第二进料溶液271。图2中呈现的示例性实施方案示出在设备200的第一模块250或第一级的操作期间，具有65g/lnacl的溶质浓度的初始第一进料溶液流41被浓缩至105g/lnacl。如图2所描绘，浓缩的第一进料溶液以第三进料溶液流242的形式进料到第二osaro模块251的第一腔室232中，其中通过关于第一模块250描述的相同方法，第三进料溶液流被浓缩至145g/lnacl。然后浓缩的第三进料溶液流以第五进料溶液流243的形式进料到第三osaro模块252的第一腔室233中，其中第五进料溶液流243被浓缩至185g/lnacl。然后浓缩的第五进料溶液流以第七进料溶液流244的形式进料到第四osaro模块253的第一腔室234中，其中第七进料溶液流在出口端口294处被浓缩至目标浓度225g/l。在每个模块250-253中，各自具有定义浓度c2的不同进料溶液流246-249被引入到相应的第二腔室236-239，以便提供渗透压驱动力来辅助进料溶液流在相应的第一腔室231-234中的浓缩。

在至少一些情况下，进料溶液流247-249可从进料溶液源263-265进料到模块251-253的第二腔室237-239。在一些情况下，进料溶液源263-265可以是低压泵或高压泵。在其他情况下，进料溶液流247-249可包括前一模块的浓缩进料流242-244的至少一部分。在此类情况下，进料溶液源263-265可以是前一模块250-252的第一腔室231-233。例如，第四进料溶液流247可包括来自第一模块250的第一腔室231的浓缩的第一进料溶液流242的至少一部分。

根据本公开的至少一个方面，稀释的进料溶液流271-274可进料到另一个osaro模块或进料到反渗透部件，如关于以下提供的另外的示例性实施方案所述。例如，来自第二模块251的第二腔室237的稀释的进料溶液流272可进料到第一模块250的第二腔室236，以至少部分地形成第二进料溶液流246。

如图2所描绘，osaro模块250-253的第一腔室231-234具有入口端口281-284，其为进料溶液流提供到第一腔室231-234中的进入路径。另外，第一腔室231-234具有出口端口291-294，其为浓缩的进料溶液流提供离开第一腔室231-234并进入随后的级或模块的排出路径。类似地，第二腔室236-239包括入口端口286-289和出口端口296-299，以允许进料溶液流进入到第二腔室236-239并从第二腔室236-239离开。在一些情况下，osaro模块可被配置来具有用于每个相应的进料溶液流的多个入口和多个出口。此外，osaro模块可用于连续法、分批法或半分批法。在每个模块的每种方法中，进料溶液流可穿过膜一次或通过循环和再循环穿过膜多次。另外，施用到进料溶液流的液压压力可保持恒定或者可在相应的方法步骤期间变化。

根据本公开的至少一个方面，图2所描绘的设备200可用于执行用于浓缩在包含溶剂和溶质的溶液中的溶质诸如污染物的方法。所述方法包括提供与第一进料溶液源261和第二进料溶液源262流体地联接的第一模块250。第一模块250可包括第一腔室231和第二腔室236。第一模块250还可包括设置在第一腔室231与第二腔室236之间的界面处的半透膜215。半透膜215可具有与第一腔室231流体连通的第一侧221和与第二腔室236流体连通的第二侧226。所述方法还包括将第一进料溶液流241从第一进料溶液源261引入到第一腔室231并引入在半透膜215的第一侧221上。

所述方法还包括将第二进料溶液流246从第二进料溶液源262引入到第二腔室236并引入在半透膜215的第二侧226上。第一进料溶液流241的渗透压大于第二进料溶液流246的渗透压。所述方法还包括在半透膜215的第一侧221上施加液体静压力，使得溶剂从半透膜215的第一侧221穿到第二侧226，从而在第一腔室231中产生浓缩的进料溶液流242并在第二腔室236中产生稀释的第二进料溶液流271。

在至少一些情况下，所述方法还可包括选择第二进料溶液流246的渗透压，以便降低使溶剂从半透膜215的第一侧221穿到第二侧226、从而产生浓缩的进料溶液流242和稀释的第二进料溶液流271所需的液体静压力。在其他情况下，第二进料溶液流246的渗透压可以是被选择来降低使溶剂从半透膜215的第一侧221穿到第二侧226所需的液体静压力的预定的渗透压。在一些情况下，第二进料溶液流246的渗透压可被选择为大于渗透物溶液的渗透压，以便降低使溶剂从半透膜215的第一侧221穿到第二侧226所需的液体静压力。

根据本公开的至少一个方面，所述方法还可包括将浓缩的第一进料溶液流242或其一部分再循环到半透膜215的第一侧221。所述方法还可包括将浓缩的第一进料溶液流242的至少一部分再循环到半透膜215的第二侧226。

在至少一些情况下，所述方法还包括提供与第一模块250和第四进料溶液源263流体地联接的第二模块251。第二模块251包括第一腔室232和第二腔室237。第二模块251还包括设置在第一腔室232与第二腔室237之间的界面处的半透膜216。半透膜216包括与第一腔室232流体连通的第一侧222和与第二腔室237流体连通的第二侧227。所述方法还包括将第三进料溶液流242从第一模块250的第一腔室231引入到第二模块251的第一腔室232。第三进料溶液流242可包括浓缩的第一进料溶液流的至少一部分。所述方法还包括将第四进料溶液流247从第四进料溶液源263引入到第二模块251的第二腔室237并引入在半透膜216的第二侧227上。第三进料溶液流242的渗透压大于或等于第四进料溶液流247的渗透压。所述方法还包括在第二模块251的半透膜216的第一侧222上施加液体静压力，使得溶剂从半透膜216的第一侧222穿到半透膜216的第二侧227，从而在第二模块251的第一腔室232中产生浓缩的第三进料溶液流243并在第二模块251的第二腔室237中产生稀释的第四进料溶液流272。

第四进料源263可以是高压泵或者可以是第一模块250的第一腔室231。在此类情况下，第四进料溶液流247可包括来自第一模块250的第一腔室231的浓缩的进料溶液流242的至少一部分。

除提供用于浓缩溶液的方法之外，本公开还提供用于纯化来自溶质溶液的溶剂的方法。例如，图1和图2所描绘且以上所述的osaro模块可与反渗透(ro)部件和正渗透(fo)部件组合以产生纯化的溶剂产物，诸如水渗透物。更具体地，用于纯化溶剂的方法可包括提供与反渗透(ro)部件和模块流体地联接的正渗透(fo)部件。所述模块可包括与ro部件和fo部件流体地联接的第一腔室，以及与ro部件流体地联接的第二腔室。所述模块还可包括设置在第一腔室与第二腔室之间的界面处的半透膜。半透膜可包括与第一腔室流体连通的第一侧和与第二腔室流体连通的第二侧。

所述方法还包括将污染的fo进料溶液引入到fo部件。污染的fo进料溶液包含被一种或多种溶质污染的溶剂。所述方法还包括使fo部件从污染的fo进料溶液流产生浓缩的fo进料溶液流和稀释的提取溶液。所述方法还可包括将稀释的提取溶液引入到ro部件以形成ro进料溶液流的至少一部分。所述方法还可包括使ro部件从ro进料溶液流产生渗透物溶液和浓缩的ro进料溶液流。渗透物溶液包括根据所述方法回收的纯化溶剂。

所述方法还可包括将第一进料溶液流从ro部件引入到模块的第一腔室并引入到半透膜的第一侧上。第一进料溶液流包括浓缩的ro进料溶液流的至少一部分。所述方法还可包括将第二进料溶液流从ro部件引入到模块的第二腔室并引入到半透膜的第二侧上。第二进料溶液还包括浓缩的ro进料溶液流的至少一部分。第一进料溶液流的渗透压可大约等于第二进料溶液流的渗透压。可替代地，第一进料溶液流的渗透压可大于第二进料溶液流的渗透压。

所述方法还可包括在半透膜的第一侧上施加液体静压力，使得溶剂从半透膜的第一侧穿到半透膜的第二侧，从而在第一腔室中产生浓缩的第一进料溶液流并在第二腔室中产生稀释的第二进料溶液流。所述方法还可包括将稀释的第二进料溶液流的至少一部分从模块的第二腔室引入到ro部件以用作ro进料溶液流的至少一部分。所述方法还可包括将浓缩的第一进料溶液流的至少一部分从模块的第一腔室引入到fo部件以形成提取溶液的至少一部分。

图3a至图3e示出目前公开的osaro设备和技术与反渗透(ro)、正渗透(fo)、压力延迟渗透(pro)以及压力辅助的正渗透(pafo)方法的常规技术之间的差异。osaro法不同于本领域中使用的ro、fo、pro和pafo法。如图3a至图3e所示，这些方法中的每一种使用半透膜来将一种或多种溶质从溶液中分离。

以上参考的常规方法可根据渗透物流的方法分为两个种类。在fo、pro和pafo中，渗透物从半透膜的低渗透压混合物侧(π(c2))流到高渗透压混合物侧(π(c1))。通常，在fo系统中，施用在膜两侧上的液压压力是相等的。在pro系统中，进料1在高于进料2的液压压力p2、渗透压π(c2)的液压压力p1和渗透压π(c1)下引入以引起渗透物从进料2流到进料1。在pafo系统中，进料2的液压压力p2高于进料1的液压压力p1。同时进料1的渗透压π(c1)高于进料2的渗透压π(c2)以引起渗透物从进料2流到进料1。

渗透程度可计算为渗透物通量jw。渗透物通量被定义为每单位时间内每单位面积流动通过膜的体积。

常规的ro和osaro与fo、pro和pafo不同。在ro法中，渗透物从具有较高液压压力p1的进料1流到具有较低液压压力p2的进料2。在ro中，进料2最初没有溶液(在大多数情况下是纯溶剂，诸如水)，并且因此没有初始溶质浓度c2或对应的渗透压π(c2)。在osaro中，渗透物从具有较高渗透压π(c1)的进料1流到具有较低渗透压π(c2)的进料2。在一些情况下，在osaro中，进料1和进料2的浓度c1和c2分别是相同的。仅由于进料1的施用的液压压力p1高于进料2的施用的液压压力p2，渗透物从半透膜的进料1侧流到进料2侧。

常规ro与osaro之间的差异是低渗透压混合物进料(c2)的起因。在ro法中，没有在膜上引入进料2；仅从进料1流出的渗透物存在于膜的进料2侧上。相比之下，在osaro中，具有浓度c2的第二进料独立地引入到所述级中，如图1至图3所展示。此第二进料减少半透膜上的渗透压的差异，并且因此降低使溶剂流过半透膜、从而产生浓缩的进料溶液和稀释的进料溶液所需的液体静压力。

根据以上比较可看出，目前公开的osaro不同于先前已知的方法。使用目前公开的osaro设备和技术，可独立地获得用于各种应用的浓缩的进料1溶液和/或稀释的进料2溶液。

实施例

以下实施例展示使用osaro模块来浓缩溶液中的溶质和/或纯化溶剂的各种应用和作用。在这些实施例中，使用可商购获得的具有50m²表面积的中空纤维半咸水膜。这种膜允许450psi的最大操作液压压力。氯化钠(nacl)水溶液在实施例1-3中用作进料1和进料2。osaro模块处于径向配置，具有两组入口和出口，半透膜每侧上的一个入口和一个出口分别用于进料1和进料2。

实施例1：调整低盐度进料的浓度差

同时在半透膜的相反侧引入57g/lnacl溶液(0.98m)作为进料1和进料2。57g/lnacl溶液浓度通常等于通过常规ro脱盐法生成的盐水浓度。向进料1侧施用200±5psi的液压压力，同时将施用到进料2的液压压力保持在5psi下或低于5psi下。当调整进料1和进料2的进料流速(克溶液/分钟)时，进料1与进料2之间的出口浓度差和渗透物通量可相应地变化，如表1中所汇总。

表1.调整在57g/l进料条件下的出口浓度差

实施例2：调整高盐度进料的浓度差

将180g/lnacl水溶液(3.08m)引入到osaro模块中分别作为进料1和进料2。进料2的平均液压压力维持在低于20psi下，而进料1侧上的液压压力在100psi与400psi之间变化。osaro模块的出口端口处c1与c2之间的浓度差汇总在表2和图4中。

表2.调整在180g/l进料条件下的出口浓度差

根据表2中呈现的数据，当在c1进料侧施用1,000psi压力时，预期理论浓度差为14g/l，对应于3.20m的进料1出口浓度和2.96m的进料2出口浓度。

实施例3：调整进料1浓度

当感兴趣的是浓缩进料1时，osaro模块的操作参数，诸如进料1和进料2的施用液压压力、进料2的浓度、进料1和进料2的流速比可变化以实现在出口处的进料1的目标浓度。在实施例3中，nacl溶液的进料1和进料2入口浓度两者均为53.8g/l(0.921m)。进料1的施用液压压力从300至400psi变化，而进料2维持在小于14.7psi的压力下。给定进料浓度c1和c2，可改变进料1的液压压力和进料1和进料2的错流速度，以实现在出口处的进料1的目标浓度。结果列于表3中。如表3所示，目标进料1出口浓度与实验获得的结果良好地匹配。

表3.进料1的出口浓度的对照。

目前公开的osaro模块可用于针对零液体放电(zld)应用的系统中。此类系统能够将含盐溶液浓缩至高于传统反渗透系统所浓缩至的浓度。结合所公开的osaro模块的系统还可具有将含盐溶液浓缩至接近饱和的潜力。随后，浓缩的含盐溶液可通过zld应用中的蒸发或结晶过程进一步浓缩。以下实施例4-6展示在不增加能量输入的情况下实现超高海水脱盐回收的高压osaro模块性能。在这些实施例中，使用具有75m²表面积的海水ro类型膜。这种膜允许1200psi的最大操作液压压力。

实施例4：高压单osaro模块性能

具有相同入口浓度的nacl溶液的进料1和进料2从58g/l至150g/l变化。进料1的施用液压压力从750至800psi变化，而进料2维持在压力(<40psi)下。给定进料浓度c1和c2以及进料1的液压压力，可改变进料1和进料2的错流速度，以实现在出口处的进料1和进料2的目标浓度差。水通量的结果也列于表4和图5中。

表4.高压osaro的出口浓度差和水通量结果

实施例5：用于超高回收海水脱盐的fo-ro-osaro系统(图6)

在此实施例中，使用图6所描绘的系统600将在30,000ppmnacl下的海水浓缩至140,000ppm。图6描绘一种fo-ro-osaro系统，其中海水fo进料溶液流605进料到使用例如150,000ppmnacl溶液作为提取溶液流607的正渗透(fo)部件610。水从海水侧通过fo膜615渗透到提取溶液侧，并且海水fo进料溶液流605的总溶解固体(tds)被浓缩至140,000ppm，而提取溶液流607被稀释至40,000ppm。这对应于78.6％的fo回收率，这远高于典型海水ro的50％回收率。然后将产生的40,000ppm稀释的提取溶液流609从fo部件610转移到反渗透(ro)部件620，以在例如1,000psi下形成ro进料溶液流612的至少一部分以生成纯化的溶剂渗透物625产物(即去离子水)并且随之将ro进料溶液流612浓缩至90,000ppm，从而形成浓缩的ro进料溶液流627。然后将90,000ppm浓缩的ro进料溶液流627分开并引入到在例如1,000psi下操作的osaro模块650的第一腔室652和第二腔室654两者中。osaro模块650将浓缩的ro进料溶液流627的第一部分接收到第一腔室652中以形成第一进料溶液流653，并且将浓缩的ro进料溶液流627的第二部分接收到第二腔室654中以形成第二进料溶液流655。在第一腔室652中，将第一进料溶液流653浓缩至150,000ppm以形成浓缩的进料溶液流657，其可转移到fo部件610以再生成150,000ppm的提取溶液607。在第二腔室654中，将第二进料溶液流655稀释至60,000ppm以形成稀释的第二进料溶液流656。然后将60,000ppm稀释的第二进料溶液流656送到ro部件620以产生另外的纯化溶剂产物625。

实施例6：增强现有海水脱盐ro厂从排放盐水的回收的osaro-ro系统

在此实施例中，使用osaro2-ro系统将来自海水ro厂的60,000ppm盐水浓缩至140,000ppm，如图7所示。如图7所示，osaro2-ro系统700包括在每个osaro模块之前使用的预处理系统750、755。系统700包括uf过滤模块705、固液分离装置710(诸如接种罐、涡流罐或改进的旋流分离装置)以及nf过滤。首先用uf膜705过滤盐水，并且在具有排污管的接种罐或涡流罐710中沉降，然后通过nf膜除去硬度。然后将预处理的盐水分开并进料到第一个osaro模块720，并且在例如1,000psi下操作。将osaro模块720的一个腔室中的进料流浓缩至90,000ppm溶液，同时将osaro模块720的另一个腔室中的进料流稀释至20,000ppm。将20,000ppm溶液流送到ro部件725以产生另外的纯化水产物730，同时将生成的在60,000ppm下的ro盐水进料回到第一预处理系统750。通过第一osaro模块720生成的90,000ppm溶液通过第二预处理系统755处理，并且分开并进料到第二osaro模块740。第二osaro模块740的一个腔室生成140,000ppm的排放盐水，而另一个腔室中的进料流被稀释至45,000ppm。此45,000ppm进料流也被送到ro部件725以生成另外的水。因为来自osaro模块720、740的稀释的20,000ppm和45,000ppm的流两者均在内部循环，所以排出的140,000ppm对应于现有海水ro厂的额外28.6％的回收率(如果从在30,000ppm下的海水计算)。

除以上所述的预处理系统750、755之外，可能需要对进入的进料流(诸如海水、半咸水、废水、工业用水和或采出水)进行预处理以防止结垢、有机污染和或生物沾污。因此，全部以下预处理系统可单独地或组合地用作用于现在公开的设备和技术的预处理：多介质过滤、滤筒过滤凝固、化学添加、离心、微滤(mf)、超滤uf)、纳滤(uf)、化学接种、uf/接种、nf/接种、uf/接种/nf活性炭吸附、uf/接种-水力旋流分离器/nf、离子交换、电容去离子(cdi)、电去离子(edi)、高级氧化法(aop)及其任何组合。

以下实施例7-8示出用于在zld应用中再生成fo提取溶液的fo-ro-osaro系统。

实施例7：用于海水zld脱盐的fo-ro-osaro系统

在此海水zld实施例中，将若干osaro模块串联地添加到先前的实施例4中。如图8所描绘，系统800包括多个osaro模块或级，其允许fo部件805与更强的提取溶液一起使用。在此实施例中，海水从30,000ppm浓缩至240,000ppm，这对应于87.5％的回收率。fo部件805可使用例如280,000ppmmgcl2提取溶液。将在40,000ppm下离开fo部件805的稀释的提取溶液在例如1,000psi下通过ro部件810浓缩至80,000ppm。然后此80,000ppm溶液顺序穿过各自在例如1,000psi下的五个osaro模块815、820、825、830、835或级，以再生成280,000ppm提取溶液。每个osaro级将提取溶液浓缩约40,000ppm，直至再生成fo280,000ppm提取溶液为止。ro部件810生成如先前所述的净化水产物840(即去离子水)，以及用于随后在第一osaro模块815中使用的80,000ppm溶液。为了帮助增加fo法中的水通量，海水进料(和/或提取物)可在循环模式中运行，其中使用循环泵迫使fo出口溶液在可帮助减少浓差极化的最高速度的情况下，尤其是在高浓度条件下回到fo膜的入口。类似于图7所示的预处理系统750、755的预处理系统可在fo膜之前使用，以便消除高浓度下的沾污。

实施例8：用于产生的油田水zld法的fo-ro-osaro系统

实施例8使用与实施例7中所述并在对应的图8中示出的系统类似的系统。如图9所示，因为进料溶液的浓度较高，在140,000ppm下，稀释的提取溶液在较高的浓度，约160,000ppm下离开fo部件905。然后将此稀释的提取溶液直接送到160,000ppm第三osaro模块930，如图9所示。将一个流顺序浓缩至280,000ppm并重新用作用于fo部件905的提取溶液，同时将另一个流顺序稀释至40,000ppm并引入到ro部件910中。ro部件910生成如先前所述的净化水产物960(即去离子水)，以及用于随后在第一osaro模块915中使用的80,000ppm溶液。

实施例9：添加osaro模块以增强常规ro系统的回收率

图10a和图10b示出具有和不具有osaro模块的常规ro系统中的回收率比较。图10a示出用于对海水进行脱盐的常规ro系统1000的回收率。如图10a所描绘，通过高压泵1010将3.2重量％的海水进料递送到ro部件1005，从而产生6重量％的浓缩流，对应于47％的回收率。相比之下，如图10b中的系统1025所示，当在高压泵1020之前添加osaro模块1050时，osaro模块1050的低压侧(第二腔室)可用于海水进料，而高压侧(第一腔室)可在高压下被递送来自ro部件1030的盐水。在这种配置中，即使在相同的ro操作压力和海水进料浓度下，添加osaro模块1050也使ro盐水提供另外的渗透物以穿过osaro模块1050中的膜到海水进料。盐水被进一步浓缩，并且同时降低到ro步骤的进料浓度。因此，通过相同的ro部件获得更多的渗透物，并且回收率增加。如图10a和图10b所示，由于添加osaro模块，进料浓度可从3.2重量％降低至2.5重量％，并且ro盐水可从4.5重量％浓缩至8重量％。因此，回收率变为60％，从而指示可在相同的ro系统中实现额外的13％回收率而没有进料预处理的额外能量消耗。

实施例10：通过使用来自osaro模块的稀进料降低海水脱盐ro系统的操作压力

图11示出由于使用两个osaro模块，能够在仅300psiro操作压力下在海水脱盐中实现47％回收率的系统1100。如图11所描绘，3.2重量％的海水进料可通过第一osaro模块1110稀释至1.6重量％，而相同的模块1110在仅300psi压力下将海水流从3.2重量％浓缩至6重量％。稀释的1.6重量％流可通过第二osaro模块1115进一步稀释至0.8重量％并进料到ro部件1120。来自第二osaro模块的浓缩流可调整至3.2重量％并进料回到原始海水进料罐1130。ro盐水也可调整至1.6重量％并且进料回到中间的1.6重量％的断流水箱1140。因为系统1100产生6重量％的盐水和去离子水作为出口流，所以此系统1100在300psi压力下提供47％的回收率。常规ro系统中的相同回收率通常需要800psi压力。另外，压力交换器可用于替换高压泵1160、1165以进一步节省能量。此实施例不限于两个osaro模块或级。任何数量的osaro级都在本公开的范围和精神内。

以上所示并描述的实施方案仅是实例。因此，没有示出或描述许多此类细节。尽管本发明的技术的许多特性和优点与本公开的结构和功能的细节一起已在先前描述中予以阐述，但是本公开仅是说明性的，并且在所附权利要求中使用的术语的广泛一般意义所指示的最大程度上，可在尤其与本公开的原理内的部分的形状、尺寸和布置有关的细节方面做出改变。因此将了解，可在所附权利要求的范围内修改以上所述的实施方案。

本公开的声明包括：

声明1：一种设备，其包括：第一进料溶液源；第二进料溶液源；以及半透膜，所述半透膜包括被配置来从所述第一进料溶液源接收第一进料溶液流的第一侧和被配置来从所述第二进料溶液源接收第二进料溶液流的第二侧，所述第一进料溶液流具有第一溶质浓度和第一渗透压，并且所述第二进料溶液流具有第二溶质浓度和第二渗透压，其中所述第一渗透压大于或等于所述第二渗透压；并且其中所述第一进料溶液流被配置来向所述半透膜的所述第一侧提供液体静压力，以便通过溶剂以渗透物溶液的形式经由所述半透膜从所述第一进料溶液流穿到所述第二进料溶液流来产生浓缩的第一进料溶液流和稀释的第二进料溶液流。

声明2：根据声明1所述的设备，其中所述第二进料溶液源被配置来向所述半透膜的所述第二侧提供液体静压力，并且其中向所述半透膜的所述第二侧提供的所述液体静压力小于通过所述第一进料溶液源向所述半透膜的所述第一侧提供的所述液体静压力。

声明3：根据声明1所述的设备，其中所述液体静压力是约50psi至约5,000psi。

声明4：根据声明2所述的设备，其中向所述半透膜的所述第一侧提供的所述液体静压力是约50psi至约5,000psi，并且向所述半透膜的所述第二侧提供的所述液体静压力是约0psi至约500psi。

声明5：根据声明1所述的设备，其中所述第一进料溶液源被配置来在第一液体静压力下将所述第一溶液流进料到所述半透膜的所述第一侧，并且所述第二进料溶液源被配置来在第二液体静压力下将所述第二溶液流进料到所述半透膜的所述第二侧，其中所述第一液体静压力大于所述第二液体静压力。

声明6：根据声明5所述的设备，其中所述第一液体静水压力是约50psi至约5,000psi，并且所述第二液体静压力是约0psi至约500psi。

声明7：根据前述声明1-6中任一项所述的设备，其中所述第一溶质浓度大于或等于所述第二溶质浓度。

声明8：根据前述声明1-6中任一项所述的设备，其中所述第一溶质浓度大约等于所述第二溶质浓度。

声明9：根据前述声明1-8中任一项所述的设备，其中所述第二溶质浓度大于约500ppm。

声明10：根据前述声明1-9中任一项所述的设备，其中所述第二进料溶液流包括每分钟约200克溶质与每分钟约2000克溶质之间的流速。

声明11：根据前述声明1-10中任一项所述的设备，其中所述第一渗透压与所述第二渗透压的比率是约1至约5。

声明12：根据前述声明1-11中任一项所述的设备，其中所述第一渗透压大约等于所述第二渗透压。

声明13：根据前述声明1-12中任一项所述的设备，其中所述第二渗透压足以降低通过溶剂经由所述半透膜从所述第一进料溶液流穿到所述第二进料溶液流来产生浓缩的第一进料溶液流和稀释的第二进料溶液流所需的液体静压力。

声明14：根据前述声明1-13中任一项所述的设备，其中所述第一进料溶液流包含第一溶质和第一溶剂并且所述第二进料溶液流包含第二溶质和第二溶剂，并且至少所述第二溶剂选自由以下组成的组：水、甲醇、乙醇及其任何组合。

声明15：根据声明14所述的设备，其中至少所述第二溶剂是水。

声明16：根据声明15所述的设备，其中所述第二溶质选自由以下组成的组：醇、二噁烷、丙酮、四氢呋喃(thf)、二甲基甲酰胺(dmf)以及二甲基亚砜(dmso)。

声明17：根据声明14所述的设备，其中所述第二溶质选自由以下组成的组：氯化钠(nacl)、氯化钾(kcl)、氯化镁(mgcl2)、碳酸镁(mgco3)、硫酸镁(mgso4)、氯化钙(cacl2)、硫酸钙(caso4)、碳酸钙(caco3)、乙酸钾(kac)以及醋酸钙镁(camgac)。

声明18：根据声明14所述的设备，其中所述第二溶质选自糖、环氧乙烷(eo)、环氧丙烷(po)、聚乙二醇(peg)、聚(丙烯酸)、聚(乙烯醇)聚(环氧乙烷)、聚(乙烯酸)、聚(苯乙烯磺酸酯)、基于聚(丙烯酰胺)的聚电解质、聚(二烯丙基二甲基氯化铵)、聚(烯丙胺盐酸盐)、聚(乙烯基吡咯烷酮)、聚(n-异丙基丙烯酰胺)、聚(丙烯酸烷基酯)、聚烷基丙烯酸、聚(2-噁唑啉)和聚乙烯亚胺、其共聚物或嵌段共聚物及其任何组合。

声明19：根据前述声明1-18中任一项所述的设备，其中所述第一进料溶液源选自由以下组成的组：高压泵、反渗透系统、正渗透系统、osaro模块及其任何组合。

声明20：根据前述声明1-19中任一项所述的设备，其中所述第二进料溶液源选自由以下组成的组：泵、反渗透系统、osaro模块及其任何组合。

声明21：根据前述声明1-20中任一项所述的设备，其中所述第二进料溶液流是恒流溶质流。

声明22：根据前述声明1-21中任一项所述的设备，其中所述渗透物溶液具有第三渗透压，所述第二渗透压大于所述第三渗透压。

声明23：根据前述声明1-22中任一项所述的设备，其中所述第一进料溶液源和所述第二进料溶液源被配置来生成所述第一液体静压力与所述第二液体静压力之间的足以使溶剂从所述半透膜的所述第一侧穿到所述第二侧的压差，其中所述第一进料溶液源和所述第二进料溶液源还被配置来根据所述第二渗透压改变所述压差。

声明24：根据前述声明1-23中任一项所述的设备，其中所述第一进料溶液流包括污染溶液，所述第二进料溶液流包括所述污染溶液的至少一部分。

声明25：根据前述声明1-24中任一项所述的设备，其中所述第一进料溶液源和所述第二进料溶液源各自被配置来将所述相同的污染溶液的部分提供到所述半透膜的所述第一侧和所述第二侧的相应侧。

声明26：根据前述声明1-25中任一项所述的设备，其中所述第一进料溶液源还被配置来将所述浓缩的第一进料溶液流或其一部分再循环到所述半透膜的所述第一侧。

声明27：根据前述声明1-26中任一项所述的设备，其中所述第二进料溶液源被配置来将所述浓缩的第一进料溶液流的至少一部分提供到所述半透膜的所述第二侧。

声明28：一种设备，其包括：第一进料溶液源；第二进料溶液源；以及与所述第一进料溶液源和所述第二进料溶液源流体地联接的至少一个模块，所述至少一个模块包括：第一腔室和第二腔室；设置在所述第一腔室与所述第二腔室之间的界面处的半透膜，所述半透膜具有与所述第一腔室流体连通的第一侧和与所述第二腔室流体连通的第二侧；其中所述第一腔室被配置来从所述第一进料溶液源接收第一进料溶液流，并且所述第二腔室被配置来从所述第二进料溶液源接收第二进料溶液流，所述第一进料溶液流具有第一溶质浓度和第一渗透压，并且所述第二溶液流具有第二溶质浓度和第二渗透压，其中所述第一渗透压大于或等于所述第二渗透压；并且其中所述第一进料溶液源被配置来向所述第一腔室提供液体静压力，以便通过溶剂经由所述半透膜从所述第一腔室穿到所述第二腔室来产生浓缩的第一进料溶液流和稀释的第二进料溶液流。

声明29：根据声明28所述的设备，其还包括正渗透(fo)部件和反渗透(ro)部件，每个部件与所述至少一个模块流体地联接。

声明30：根据声明28或声明29所述的设备，其中所述第一腔室包括第一入口端口，所述第一入口端口被配置来从所述第一进料溶液源接收所述第一进料溶液流，并且所述第二腔室包括第二入口端口，所述第二入口端口被配置来从所述第二进料溶液源接收所述第二进料溶液流。

声明31：根据声明28-30中任一项所述的设备，其中所述第一进料溶液源包括反渗透(ro)部件，所述ro部件从ro进料溶液流产生渗透物溶液和浓缩的ro进料溶液流，其中所述第一进料溶液流包括所述浓缩的ro进料溶液流的至少一部分。

声明32：根据声明31中任一项所述的设备，其中所述第二进料溶液源包括所述ro部件，所述第二溶液流包括所述浓缩的ro进料溶液流的至少一部分。

声明33：根据前述声明29-32中任一项所述的设备，其中所述第二腔室被配置来将所述稀释的第二进料溶液流的至少一部分转移到所述ro部件，所述ro部件被配置来从所述第二腔室接收所述稀释的第二进料溶液流的所述至少一部分，所述ro进料溶液流至少部分地包括所述稀释的第二进料溶液流。

声明34：根据声明28所述的设备，其还包括与所述ro部件和所述至少一个模块流体地联接的正渗透(fo)部件，所述fo部件被配置来从提取溶液和fo进料溶液流产生稀释的提取溶液和浓缩的进料溶液，其中所述至少一个模块的所述第一腔室被配置来将所述产生的浓缩的第一进料溶液流转移到所述fo部件，所述fo部件被配置来从所述至少一个模块的所述第一腔室接收所述浓缩的第一进料溶液流并且使用所述浓缩的第一进料溶液流的至少一部分作为所述提取溶液。

声明35：根据声明34所述的设备，其中所述fo部件被配置来将所述稀释的提取溶液流转移到所述ro部件，所述ro部件被配置来从所述fo部件接收所述稀释的提取溶液流并且使用所述稀释的提取溶液流的至少一部分作为所述ro进料溶液流。

声明36：根据前述声明28-35中任一项所述的设备，其中所述第二进料溶液源被配置来向所述半透膜的所述第二侧提供液体静压力，并且其中向所述半透膜的所述第二侧提供的所述液体静压力小于通过所述第一进料溶液源向所述半透膜的所述第一侧提供的所述液体静压力。

声明37：根据前述声明28-35中任一项所述的设备，其中所述液体静压力是约50psi至约5,000psi。

声明38：根据声明36所述的设备，其中向所述半透膜的所述第一侧提供的所述液体静压力是约50psi至约5,000psi，并且向所述半透膜的所述第二侧提供的所述液体静压力是约0psi至约500psi。

声明39：根据前述声明28-35中任一项所述的设备，其中所述第一进料溶液源被配置来在第一液体静压力下将所述第一溶液流进料到所述半透膜的所述第一侧，并且所述第二进料溶液源被配置来在第二液体静压力下将所述第二溶液流进料到所述半透膜的所述第二侧，其中所述第一液体静压力大于所述第二液体静压力。

声明40：根据声明39所述的设备，其中所述第一液体静水压力是约50psi至约5,000psi，并且所述第二液体静压力是约0psi至约500psi。

声明41：根据前述声明28-40中任一项所述的设备，其中所述第一溶质浓度大于或等于所述第二溶质浓度。

声明42：根据前述声明28-40中任一项所述的设备，其中所述第一溶质浓度大约等于所述第二溶质浓度。

声明43：根据前述声明28-42中任一项所述的设备，其中所述第二溶质浓度大于约500ppm。

声明44：根据前述声明28-43中任一项所述的设备，其中所述第二进料溶液流包括每分钟约200克溶质与每分钟约2000克溶质之间的流速。

声明45：根据前述声明28-44中任一项所述的设备，其中所述第一渗透压与所述第二渗透压的比率是约1至约5。

声明46：根据前述声明28-45中任一项所述的设备，其中所述第一渗透压大约等于所述第二渗透压。

声明47：根据前述声明28-46中任一项所述的设备，其中所述第二渗透压足以降低通过溶剂经由所述半透膜从所述第一进料溶液流穿到所述第二进料溶液流来产生浓缩的第一进料溶液流和稀释的第二进料溶液流所需的液体静压力。

声明48：根据前述声明28-47中任一项所述的设备，其中所述第一进料溶液流包含第一溶质和第一溶剂并且所述第二进料溶液流包含第二溶质和第二溶剂，并且至少所述第二溶剂选自由以下组成的组：水、甲醇、乙醇及其任何组合。

声明49：根据声明48所述的设备，其中至少所述第二溶剂是水。

声明50：根据声明49所述的设备，其中所述第二溶质选自由以下组成的组：醇、二噁烷、丙酮、四氢呋喃(thf)、二甲基甲酰胺(dmf)以及二甲基亚砜(dmso)。

声明51：根据声明48所述的设备，其中所述第二溶质选自由以下组成的组：氯化钠(nacl)、氯化钾(kcl)、氯化镁(mgcl2)、碳酸镁(mgco3)、硫酸镁(mgso4)、氯化钙(cacl2)、硫酸钙(caso4)、碳酸钙(caco3)、乙酸钾(kac)以及醋酸钙镁(camgac)。

声明52：根据声明48所述的设备，其中所述第二溶质选自糖、环氧乙烷(eo)、环氧丙烷(po)、聚乙二醇(peg)、聚(丙烯酸)、聚(乙烯醇)聚(环氧乙烷)、聚(乙烯酸)、聚(苯乙烯磺酸酯)、基于聚(丙烯酰胺)的聚电解质、聚(二烯丙基二甲基氯化铵)、聚(烯丙胺盐酸盐)、聚(乙烯基吡咯烷酮)、聚(n-异丙基丙烯酰胺)、聚(丙烯酸烷基酯)、聚烷基丙烯酸、聚(2-噁唑啉)和聚乙烯亚胺、其共聚物或嵌段共聚物及其任何组合。

声明53：根据前述声明28-52中任一项所述的设备，其中所述第一进料溶液源选自由以下组成的组：高压泵、反渗透系统、正渗透系统、osaro模块及其任何组合。

声明54：根据前述声明28-53中任一项所述的设备，其中所述第二进料溶液源选自由以下组成的组：泵、反渗透系统、osaro模块及其任何组合。

声明55：根据前述声明28-54中任一项所述的设备，其中所述第二进料溶液流是恒流溶质流。

声明56：一种用于浓缩在包含溶剂和溶质的污染溶液中的溶质的方法，所述方法包括：提供具有第一侧和第二侧的半透膜；将第一进料溶液流引入在所述半透膜的所述第一侧上，所述第一进料溶液流具有第一溶质浓度和第一渗透压；将第二进料溶液流引入在所述半透膜的所述第二侧上，所述第二进料溶液流具有第二溶质浓度和第二渗透压，其中所述第一渗透压大于或等于所述第二渗透压；在所述半透膜的所述第一侧上施加液体静压力，使得溶剂从所述半透膜的所述第一侧穿到所述半透膜的所述第二侧，从而产生浓缩的第一进料溶液流和稀释的第二进料溶液流。

声明57：根据声明56所述的方法，其中在所述半透膜的所述第一侧上施加液体静压力包括经由高压泵将所述第一进料溶液递送到所述半透膜的所述第一侧以在所述半透膜的所述第一侧上施加液体静压力。

声明58：根据声明56或声明57所述的方法，其还包括通过将所述第二进料溶液递送到所述半透膜的所述第二侧来在所述半透膜的所述第二侧上施加液体静压力，其中在所述半透膜的所述第二侧上施加的所述液体静压力小于在所述半透膜的所述第一侧上施加的所述液体静压力。

声明59：根据前述声明56-58中任一项所述的方法，其中在所述半透膜的所述第一侧上施加液体静压力包括约50psi至约5,000psi。

声明60：根据声明58或声明59所述的方法，其中在所述半透膜的所述第一侧上施加的所述液体静压是约50psi至约5,000psi，并且在所述半透膜的所述第二侧上施加的所述液体静压力是约0psi至约500psi。

声明61：根据前述声明56-60中任一项所述的方法，其中所述第一溶质浓度大于或等于所述第二溶质浓度。

声明62：根据前述声明56-61中任一项所述的方法，其中所述第一溶质浓度大约等于所述第二溶质浓度。

声明63：根据前述声明56-62中任一项所述的方法，其中所述第二溶质浓度大于约500ppm。

声明64：根据前述声明56-63中任一项所述的方法，其中所述第二进料溶液流包括每分钟约200克溶质与每分钟约2000克溶质之间的流速。

声明65：根据前述声明56-64中任一项所述的方法，其中所述第一渗透压与所述第二渗透压的比率是约1至约5。

声明66：根据前述声明56-65中任一项所述的方法，其中所述第一渗透压大约等于所述第二渗透压。

声明67：根据前述声明56-66中任一项所述的方法，其中所述第二渗透压足以降低通过溶剂经由所述半透膜从所述第一进料溶液流穿到所述第二进料溶液流来产生浓缩的第一进料溶液流和稀释的第二进料溶液流所需的液体静压力。

声明68：根据前述声明56-67中任一项所述的方法，其中所述第一进料溶液流包含第一溶质和第一溶剂并且所述第二进料溶液流包含第二溶质和第二溶剂，并且至少所述第二溶剂选自由以下组成的组：水、甲醇、乙醇及其任何组合。

声明69：根据声明68所述的方法，其中至少所述第二溶剂是水。

声明70：根据声明69所述的方法，其中所述第二溶质选自由以下组成的组：醇、二噁烷、丙酮、四氢呋喃(thf)、二甲基甲酰胺(dmf)、二甲基亚砜(dmso)及其任何组合。

声明71：根据声明68所述的方法，其中所述第二溶质选自由以下组成的组：氯化钠(nacl)、氯化钾(kcl)、氯化镁(mgcl2)、碳酸镁(mgco3)、硫酸镁(mgso4)、氯化钙(cacl2)、硫酸钙(caso4)、碳酸钙(caco3)、乙酸钾(kac)、醋酸钙镁(camgac)及其任何组合。

声明72：根据声明68所述的方法，其中所述第二溶质选自糖、环氧乙烷(eo)、环氧丙烷(po)、聚乙二醇(peg)、聚(丙烯酸)、聚(乙烯醇)聚(环氧乙烷)、聚(乙烯酸)、聚(苯乙烯磺酸酯)、基于聚(丙烯酰胺)的聚电解质、聚(二烯丙基二甲基氯化铵)、聚(烯丙胺盐酸盐)、聚(乙烯基吡咯烷酮)、聚(n-异丙基丙烯酰胺)、聚(丙烯酸烷基酯)、聚烷基丙烯酸、聚(2-噁唑啉)和聚乙烯亚胺、其共聚物或嵌段共聚物及其任何组合。

声明73：根据前述声明56-72中任一项所述的方法，其中将所述第二进料溶液流引入在所述半透膜的所述第二侧上包括使所述第二进料溶液流在所述半透膜的所述第二侧上连续流动。

声明74：根据前述声明56-73中任一项所述的方法，其中将所述第一进料溶液流引入在所述半透膜的所述第一侧上包括使来自高压泵的所述第一进料溶液流流动。

声明75：根据前述声明56-74中任一项所述的方法，其还包括将所述浓缩的第一进料溶液进料到正渗透(fo)部件，以通过所述fo部件用作所述提取溶液。

声明76：根据前述声明56-75中任一项所述的方法，其还包括使用所述浓缩的第一进料溶液来在所述fo部件处再生成所述提取溶液。

声明77：根据前述声明56-76中任一项所述的方法，其还包括选择所述第二渗透压以便降低所述液体静压力。

声明78：根据前述声明56-76中任一项所述的方法，其中所述第二渗透压是选择来降低使所述溶剂从所述半透膜的所述第一侧穿到所述第二侧所需的所述液体静压力的预定的渗透压。

声明79：根据前述声明56-78中任一项所述的方法，其中所述渗透物溶液具有第三渗透压，所述第二渗透压大于所述第三渗透压。

声明80：根据前述声明56-79中任一项所述的方法，其还包括选择大于所述渗透物溶液的所述渗透压的所述第二渗透压以便降低所述液体静压力。

声明81：根据前述声明56-80中任一项所述的方法，其中所述第一进料溶液流和所述第二进料溶液流两者均包括所述相同的污染溶液的至少一部分。

声明82：根据前述声明56-81中任一项所述的方法，其还包括将所述浓缩的第一进料溶液流或其一部分再循环到所述半透膜的所述第一侧。

声明83：根据前述声明56-82中任一项所述的方法，其还包括将所述浓缩的第一进料溶液流的至少一部分再循环到所述半透膜的所述第二侧。

声明84：一种用于浓缩在包含溶剂和溶质的溶液中的溶质的方法，所述方法包括：提供与第一进料溶液源和第二进料溶液源流体地联接的第一模块，所述第一模块包括：第一腔室和第二腔室；以及设置在所述第一腔室与所述第二腔室之间的界面处的半透膜，所述半透膜具有与所述第一腔室流体连通的第一侧和与所述第二腔室流体连通的第二侧；从所述第一进料溶液源将第一进料溶液流引入到所述第一腔室并引入在所述半透膜的所述第一侧上，所述第一进料溶液流具有第一溶质浓度和第一渗透压；从所述第二进料溶液源将第二进料溶液流引入到所述第二腔室并引入在所述半透膜的所述第二侧上，所述第二进料溶液流具有第二溶质浓度和第二渗透压，其中所述第一渗透压大于或等于所述第二渗透压；在所述半透膜的所述第一侧上施加液体静压力，使得溶剂从所述半透膜的所述第一侧穿到所述半透膜的所述第二侧，从而在所述第一腔室中产生浓缩的第一进料溶液流并在所述第二腔室中产生稀释的第二进料溶液流。

声明85：根据声明84所述的方法，其还包括：提供与所述第一模块和第四进料溶液源流体地联接的第二模块，所述第二模块包括：第一腔室和第二腔室；以及设置在所述第一腔室与所述第二腔室之间的界面处的半透膜，所述半透膜具有与所述第一腔室流体连通的第一侧和与所述第二腔室流体连通的第二侧；从所述第一模块的所述第一腔室将第三进料溶液引入到所述第二模块的所述第一腔室，所述第三进料溶液流包括所述浓缩的第一进料溶液流的至少一部分并且具有第三溶质浓度和第三渗透压；从所述第四进料溶液源将第四进料溶液流引入到所述第二模块的所述第二腔室并引入在所述半透膜的所述第二侧上，所述第四进料溶液流具有第四溶质浓度和第四渗透压，其中所述第三渗透压大于或等于所述第四渗透压；在所述第二模块的所述半透膜的所述第一侧上施加液体静压力，使得溶剂从所述半透膜的所述第一侧穿到所述半透膜的所述第二侧，从而在所述第二模块的所述第一腔室中产生浓缩的第三进料溶液流模并在所述第二模块的所述第二腔室中产生稀释的第四进料溶液流。

声明86：根据声明85所述的方法，其中所述第四溶质浓度大于所述第二溶质浓度。

声明87：根据声明86所述的方法，其中所述第四进料源包括所述第一模块的所述第一腔室，并且所述第四进料溶液流包括所述浓缩的第一进料溶液流的至少一部分。

声明88：一种用于纯化溶剂的方法，所述方法包括：提供与反渗透(ro)部件和模块流体地联接的正渗透(fo)部件，所述模块包括：与所述ro部件和所述fo部件流体地联接的第一腔室，和与所述ro部件流体地联接的第二腔室；以及设置在所述第一腔室与所述第二腔室之间的界面处的半透膜，所述半透膜具有与所述第一腔室流体连通的第一侧和与所述第二腔室流体连通的第二侧；将污染的fo进料溶液流引入到所述fo部件，所述fo部件具有提取溶液，其中所述污染的fo进料溶液流包含被一种或多种溶质污染的溶剂；使所述fo部件从所述污染的fo进料溶液流产生浓缩的fo进料溶液流和稀释的提取溶液；将所述稀释的提取溶液引入到所述ro部件以形成ro进料溶液流的至少一部分；使所述ro部件从所述ro进料溶液流产生渗透物溶液和浓缩的ro进料溶液流，所述渗透物溶液包括纯化的溶剂；从所述ro部件将第一进料溶液流引入到所述模块的所述第一腔室并引入在所述半透膜的所述第一侧上，所述第一进料溶液流包括所述浓缩的ro进料溶液流的至少一部分并具有第一溶质浓度和第一渗透压；从所述ro部件将第二进料溶液流引入到所述模块的所述第二腔室并引入在所述半透膜的所述第二侧上，所述第二进料溶液流包括所述浓缩的ro进料溶液流的至少一部分并具有第二溶质浓度和第二渗透压，其中所述第一渗透压大于或等于所述第二渗透压；在所述半透膜的所述第一侧上施加液体静压力，使得溶剂从所述半透膜的所述第一侧穿到所述半透膜的所述第二侧，从而在所述第一腔室中产生浓缩的第一进料溶液流并在所述第二腔室中产生稀释的第二进料溶液流；从所述模块的所述第二腔室将所述稀释的第二进料溶液流的至少一部分引入到所述ro部件，以形成ro进料溶液流的至少一部分；从所述模块的所述第一腔室将所述浓缩的第一进料溶液流的至少一部分引入到所述fo部件，以形成所述提取溶液的至少一部分。

声明89：一种系统，其包括：第一进料溶液源；第二进料溶液源；以及至少一个模块，每个模块包括：第一腔室和第二腔室；设置在所述第一腔室与所述第二腔室之间的界面处的半透膜，所述半透膜具有与所述第一腔室流体连通的第一侧和与所述第二腔室流体连通的第二侧；其中所述第一腔室被配置来从所述第一进料溶液源接收第一进料溶液流，并且所述第二腔室被配置来从所述第二进料溶液源接收第二进料溶液流，所述第一进料溶液流具有第一溶质浓度和第一渗透压，并且所述第二溶液流具有第二溶质浓度和第二渗透压，其中所述第一渗透压大于或等于所述第二渗透压；并且其中所述第一进料溶液源被配置来向所述第一腔室提供液体静压力，以便通过溶剂经由所述半透膜从所述第一腔室穿到所述第二腔室来产生浓缩的第一进料溶液流和稀释的第二进料溶液流。

声明90：根据声明89所述的系统，其还包括多个模块，其中每个模块的所述第一腔室与至少一个其他模块的所述第一腔室流体地联接。

声明91：根据声明89或声明90所述的系统，其还包括第一模块和第二模块，所述第一模块的所述第一腔室与所述第二模块的所述第一腔室流体地联接，并且其中所述第二模块的所述第一腔室被配置来从所述第一模块的所述第一腔室接收所述浓缩的第一进料溶液流。

声明92：根据声明91所述的系统，其中所述第一模块的所述第一腔室包括被配置来从所述第一进料溶液源接收所述第一进料溶液流的第一入口端口以及第一出口端口，并且所述第二模块的所述第一腔室包括流体地联接到所述第一出口端口的第二入口端口，所述第二入口端口被配置来从所述第一模块的所述第一腔室接收所述浓缩的第一进料溶液流。

声明93：根据声明92所述的系统，其中所述第二模块的所述第二腔室与所述第一模块的所述第二腔室流体地联接，并且其中所述第二模块的所述第二腔室被配置来从所述第一模块的所述第二腔室接收所述稀释的第二进料溶液。

声明94：根据声明93所述的系统，其还包括与所述第二模块的至少所述第二腔室流体地联接的正渗透(fo)部件，所述fo部件被配置来从提取溶液和fo进料溶液流产生稀释的提取溶液和浓缩的进料溶液，其中所述第二模块的所述第二腔室被配置来从所述fo部件接收所述稀释的提取溶液，并且使用所述稀释的提取溶液作为所述第二进料溶液的至少一部分。

声明95：根据声明89所述的系统，其中所述第一进料溶液源包括反渗透(ro)部件，所述ro部件从ro进料溶液流产生渗透物溶液和浓缩的ro进料溶液流，其中所述第一进料溶液流包括所述浓缩的ro进料溶液流的至少一部分。

声明96：根据声明95所述的系统，其中所述第二进料溶液源包括所述ro部件，所述第二溶液流包括所述浓缩的ro进料溶液流的至少一部分。

声明97：根据声明96所述的系统，其中所述第二腔室被配置来将所述稀释的第二进料溶液流的至少一部分转移到所述ro部件，所述ro部件被配置来从所述第二腔室接收所述稀释的第二进料溶液流的所述至少一部分，所述ro进料溶液流至少部分地包括所述稀释的第二进料溶液流。

声明98：根据声明97所述的系统，其还包括与所述ro部件和所述至少一个模块流体地联接的正渗透(fo)部件，所述fo部件被配置来从提取溶液和fo进料溶液流产生稀释的提取溶液和浓缩的进料溶液，其中所述至少一个模块的所述第一腔室被配置来将所述产生的浓缩的第一进料溶液流转移到所述fo部件，所述fo部件被配置来从所述至少一个模块的所述第一腔室接收所述浓缩的第一进料溶液流并且使用所述浓缩的第一进料溶液流的至少一部分作为所述提取溶液。

声明99：根据声明98所述的系统，其中所述fo部件被配置来将所述稀释的提取溶液流转移到所述ro部件，所述ro部件被配置来从所述fo部件接收所述稀释的提取溶液流并且使用所述稀释的提取溶液流的至少一部分作为所述ro进料溶液流。